包容式固结焙烧理论思想在竖炉球团生产实践中的指导意义-本人修改

包容式固结焙烧理论研究在竖炉球团生产实践中的意义

玉溪红山球团工贸有限责任公司

段有华 申日飞

摘要 竖炉球团工艺对于单一磁铁精矿比较适应，对赤铁矿、褐

铁矿等很难适应。随着大红山铜矿优质磁铁精矿原料的供应量萎缩，外采购非磁铁精矿原料——赤铁矿、硫酸渣矿和褐铁矿比例的逐步增加，竖炉球团工艺对原料的局限性明显凸现，从很大程度制约了生产。在原料多元化条件下，引入包容式固结焙烧的研究对指导竖炉球团生产具有实际意义。

背景 玉溪红山球团工贸有限责任公司氧化球团生产工艺2008年以前一

直使用大红山矿提供的磁铁精矿作为主要生产原料。大红山铁精矿质量稳定，是生产工艺设计时的首选原料，在实际运行控制过程中，工况稳定，成品率高，粉化率很低。进入2009年后，由于大红山矿采矿进入低品位区，选矿回收率降低，导致原料供应出现缺口，磁铁精矿供应从2008年12月之前的80-90%，急剧下降到了现在的50-70%，这个巨大的原料缺口，通过公司的努力，加强资源的开发整合和采购力度，现基本满足生产正常运行所需。在这部分补缺的原料中，主要有以下几部分构成： 1.弱磁铁精矿；2.精选硫酸渣矿；3.褐铁精矿。这部分补缺的原料质量层次不齐，主要表现为：粒级过粗、品位低、水分偏高且波动大（水分偏高时间多）、氧化亚铁含量偏低、杂质偏多，焙烧工况难于迎合。这部分矿焙烧性能难于与大红山铁精矿相容。由于补缺原料存在的这些问

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题，在生产运行控制过程中，生产工艺随原料的供应实际情况进行波动性调整，造成了生产工艺调整过于频繁，工艺控制难度增大，产品质量波动过大，成品率降低，粉化率上升。在保证产品质量的前提下竖炉焙烧效率下降，工艺效率降低，产能受到压缩。在这样的背景下，我们通过三年来的研究总结，引入了包容式固结焙烧理论思想，通过这个理论的深入实践总结，在生产管控过程中，我们针对原料变异的情况按照这个理论的指导采取相应的管控方法和手段，取得了明显的效果，稳定了生产和产能，基本保证了产品质量。

关键词 原料多元化 影响 包容式固结 措施 意义 一、包容式固结焙烧理论

（一）单一矿种的固结焙烧性能差异对比

铁精矿粉的固相再结晶性能在一定程度上可以代表其在球团矿生产过程中的表现和行为，直接影响到球团矿的固结——即强度 ，研究结果表明：铁矿物为磁铁矿时具有较好的固相再结晶强度，而赤铁矿或镜铁矿是固相再结晶强度较低。其原因是磁铁矿在焙烧中氧化成赤铁矿，同时氧化放热，并伴随晶形转变。能更好地构成晶桥。

1．磁铁矿球团在固结过程中，主要发生以下反应： A． Fe2O3微晶键连接

2Fe3O4 +1/2O2 3γFe2O3-Q放（该反应是一个放热的过程）

在氧化气氛中焙烧时，氧化过程在200-300℃时开始，并随温度升高氧化加速。首先在磁铁矿颗粒表面和裂缝中进行。当温度达800℃时，颗粒表面基本氧化成γFe2O3，颗粒之间产生联接桥，这种连接称为微晶连接。颗粒之间产生的微晶健使球团比生球和干球有所提高，但还是较弱。

B． γFe2O3再结晶连接

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γFe2O3再结晶连接是铁精矿氧化球团固相固结的主要形式。是微晶键连接的发展。此时氧化过程由球的表面沿同心球面向内推进，氧化预热温度达1000℃时，约95%的磁铁矿氧化成新生的Fe2O3，即：αFe2O3。

γFe2O3 αFe2O3

在最佳焙烧制度下，一方面残存的磁铁矿继续氧化，另一方面赤铁矿晶粒扩散增强，并产生再结晶和聚晶长大，颗粒之间的孔隙变圆，孔隙率下降，球体积收缩，球内各颗粒连接成一个致密的整体，因此使球的强度大大提高。

C． Fe3O4再结晶固结

磁铁矿球团焙烧时，若为中性气氛或氧化不完全，内部磁铁矿在900℃既开始发生再结晶，使球内各颗粒连接。但Fe3O4再结晶的速度比Fe2O3再结晶的速度慢，其强度也比Fe2O3再结晶的低。

D． 渣键链接

磁铁矿生球中含有一定量的SiO2，焙烧在还原气氛中或中性气氛中进行，或Fe3O4氧化不完全，在焙烧温度1000℃时，即能形成2FeO.SiO2。2FeO.SiO2熔点低，且极易与FeO及SiO2再生成熔化温度更低的低熔体。因此，在冷却过程中，因液相的凝固，而使球团固结。此外，如果焙烧温度高于1350，即使在氧化气氛中焙烧，Fe2O3也将发生分解，形成Fe3O4，同样也会与SiO2作用产生2FeO.SiO2。2FeO.SiO2在冷却过程中很难结晶，常成玻璃质，性脆，强度低，且高炉冶炼中难以还原，因此渣链连接不是良好的固结形式。

（2）赤铁矿或硫酸渣在氧化性气氛下焙烧，不发生晶形转变，原子的活动能力比氧化新生成的赤铁矿弱，故要求更高的焙烧温度。同样温度和固结时间条件下，赤铁矿固相再结晶强度要低于磁铁矿，深植于固结反应难于形成。

2．赤铁矿球团固结形式：

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A. 较纯赤铁矿球团的高温固结

用含Fe2O399.7%的赤铁矿球团进行试验，在氧化气氛中焙烧时发现，赤铁矿颗粒在1300℃时才结晶，且过程进行缓慢，在1300-1400℃温度范围内，颗粒迅速长大。焙烧30分钟，赤铁矿晶粒尺寸由20μm增至400μm。

B. 较纯赤铁矿球团的双重固结

当生球加热到1300以上温度时，赤铁矿分解成磁铁矿，而后铁矿颗粒再结晶长大，称为一次固结。当进入冷却阶段时，磁铁矿则被重新氧化，球团内颗粒会发生Fe2O3在结晶和相互连生而受到一次附加固结，即称为二次固结。

C. 较高脉石含量的赤铁矿精矿球团的再结晶渣相固结形式

这类赤铁矿精矿球团的固结形式被认为不是简单的高温再结晶过程。当温度1100℃时，开始出现Fe2O3再结晶。1200℃时结晶明显得到发展，即产生高温再结晶固结。这种Fe2O3再结晶一直发展到1260℃以上的高温区。当焙烧温度大于1350℃时，Fe2O3部分又被分解成Fe3O4，Fe3O4与SIO2生成铁橄榄石FeO.SIO2,并形成渣相固结。

在还原气氛中焙烧赤铁矿时，由于赤铁矿颗粒被还原成磁铁矿和FeO，因此900℃以上时，即产生Fe3O4再结晶而使生球固结，当生球中含有一定量的SIO2时，在高于1000℃的温度下将出现Fe SIO4的液相产物，使生球得到固结。但是，这种焙烧制度下所得到的球团还原性差且强度低。

3．对于镜铁矿，由于其结构致密Fe2O3晶粒扩散阻力大，固相再结晶难以进行。 从化学成分上来看，含铁量较高、脉石少的磁铁精矿粉其固相再结晶强度高，其原因是含铁量高，磁铁矿氧化放热高，可以提供更多的热量。 自熔性磁铁精矿粉其固相再结晶强度高。铁精矿粉中含有的CaO易与新生的Fe2O3的固相相溶，有利于在较低的温度下促进其固相再结晶的发展。

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（二）包容式固结焙烧理论的精髓

综合以上基础理论，针对目前原料多样化进程，我们推出了包容式固结焙烧的理论思想来指导实际生产运行。包容式固结焙烧理论思想：结合各矿种的焙烧性能，根据各矿种的实际配比情况，跟踪摸索适宜的焙烧工况，充分利用磁铁矿焙烧温度低、焙烧过程放热的特性和在原料中配比占主导的优势，选择适宜磁铁矿的焙烧温度，通过磁铁矿的焙烧固结传质效应形成磁铁矿颗粒之间的连接，把赤铁矿和其他弱磁铁颗粒矿包围在球团体中，通过焙烧各阶段的完成以达到要求的球团强度。另一个思路，就是兼容多矿种的固结方式，综合考虑，选择适中的焙烧工况（该焙烧温度高于磁铁矿焙烧温度，而低于赤铁矿的焙烧温度），使生球在传质——初固——固结的混合体状态下通过焙烧温度的进一步提高，强化磁铁矿颗粒与赤铁矿和其他非磁铁矿颗粒之间的连接（当然这种连接不可能达到磁铁矿与磁铁矿颗粒之间的强度），从总体上进一步加强球团体的固结强度，通过焙烧过程各阶段的完成以达到要求的球团强度。但其中更大的支持作用还是来自于磁铁矿的首先固结。前一种思路是包围的思路，以多数磁铁矿包围赤铁矿等非磁铁矿，以磁铁矿的固结焙烧为主，达到稳定生产的目的；后一种思路是兼容的思路，选择高于磁铁矿的固结焙烧工况低于赤铁矿和其他非磁铁矿的固结焙烧工况，达到稳定生产的目的。

单一磁铁矿球团体 多矿种球团体 （ 磁铁矿 非磁铁矿 ） 二、影响包容式固结焙烧的因素

基于以上理论思想和实际运行控制情况来看，我们必须关注和解决以下问

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3．排料采取多次少排（即：增加排料次数，但每次少排）方式运行，降低排料振机振动频率，排料次数增加，每次排球量减少，防止料柱倾斜，同时有利于经常松动料柱，保证料柱透气性，营造焙烧氧化环境。

4．及时治理炉内料柱倾斜，减小湿球下行现象；保持料柱良好的透气性。 5.合理调节竖炉焙烧烟气引风机的运行频率，减少烘干床上部的热量损失，保证烘干床的烘干预热效果。

6．稳定炉况，及时治理跑风、塌料和结块等炉况恶化现象。

四、加快技术改造步伐，提高工艺配套装备能力，为包容式固结焙烧效果的提升提供坚实的基础

我们通过三年来的生产实践尝试，形成了具有一定实用意义的包容式固结焙烧支持性理论基础，摸索出了一些成熟稳定的工艺技术和操作控制经验，并且取得了明显的成效和经济效果。但是，这些成效都是基于我司现行工艺水平而进行的，一些实质性的问题，还是必须经过工艺和工艺设备配套的改进和提升来实现的。为进一步提高包容式固结焙烧的成效，我们必须重点加快以下技术改造项目的实施，

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工艺增加配套原料磨矿工艺及设备，提升原料混合综合粒级水平。提

高混合料的比表面积，增强颗粒之间的质点传递，提高造球毛细力作用，同时，增强颗粒之间的传质效应，进一步提高球团固结效果。 2．

工艺增加配套强力混合工艺及设备，进一步提升原料混合均匀度水

平。增强颗粒之间的传质效应，有利于提高包容式固结焙烧的效率，大幅度降低粉化率。

3. 研究竖炉烘干床倾斜度，适度降低烘干床下料速度，增加烘干面积，从而减少生球爆裂比例，有利于制约竖炉焙烧粉化率的升高趋势。

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4. 组织实施烘干混匀筒大修，更换烘干筒内扬料板和导料板（同时缩短扬料板和导料板维修更换周期），保证烘干筒扬料混合烘干效果，包容式固结焙烧创造良好的基础。

5.对煤气生产供应系统进行改造，提高煤气供应产能，为包容式固结焙烧提供所需增加的煤气消耗量。

结论

包容式固结焙烧理论的研究，对原料多元化条件下竖炉球团生产具有深远的指导意义，通过该理论的研究和指导，可以提升生产工艺原料的适应性，扩大生产工艺原料品种的使用范围，同时，拓宽了原料的采购途径，从原料采购的角度来说，可以缓解日益紧张的原料采购困难。通过该理论的研究和指导，可以进一步稳定提高原料多元化条件下竖炉生产球团产品的质量，有效控制球团抗压强度离散性偏差过大的问题，稳定提高球团转鼓指数，满足钢铁行业产业化调整之后大型高炉生产的需要。

但是，我们还是要清醒地认识到一点，包容式固结焙烧的球团产品，赤铁矿、硫酸渣和褐铁矿在球团体中是在包围的状态下并且在焙烧工况双轨制转型单轨制焙烧条件下的产物，赤铁矿、硫酸渣和褐铁矿之间的固结和它们与磁铁矿的固结强度差，同时由于赤铁矿、硫酸渣和褐铁矿焙烧温度未达到要求，包围在球团体中的赤铁矿、硫酸渣和褐铁矿氧化反应程度不够，固结反应不完全，有时还体现球团产品转鼓指数偏低、粉化率高，这样的话，势必造成球团产品还原性降低，产品在客户端使用时，铁还原时间过长，能耗增加。这是包容式固结焙烧存在的一个不容忽视的弊端，但对于竖炉球团生产工艺来说，能维持好包容式固结焙烧已经实属不易了。

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